用于中、高浓度VOCs吸附的树脂孔结构调控和吸附热效应研究

VOCs的排放不仅会引起健康、环境和安全等一系列问题，同时又造成巨大的经济损失，吸附法是VOCs回收的最常用、最具吸引力的技术之一。本项目以几种典型的低沸点挥发性有机物苯、甲苯、异戊烷、正己烷、丙酮和甲乙酮等作为研究对象，以开发用于中、高浓度 (2000ppmv～10000ppmv) VOCs回收及净化的新型高分子聚合物吸附剂及工艺技术为目标，重点研究树脂吸附剂的微孔和中孔对吸附中、高浓度VOCs吸附性能的影响和作用机制，阐明树脂孔结构与吸附性能之间的匹配构效关系；研究树脂固定床吸附中、高浓度VOCs的吸附过程热效应，研究吸附热效应对VOCs柱穿透吸附行为的影响规律，建立固定床吸附性能预测模型。本项目的研究成果对用于中、高浓度VOCs吸附的高性能吸附树脂合成及工艺过程开发，可提供重要理论及技术支撑。

VOCs的排放不仅会引起健康、环境和安全等一系列问题，同时又造成巨大的经济损失。吸附法是处理VOCs气体最具有吸引力的技术之一，其中活性炭/活性炭纤维是得到最广泛研究和应用的吸附剂。但是活性炭/活性炭纤维的孔主要分布在微孔区，孔容较低，主要适用于低浓度VOCs气体的吸附分离，对中、高浓度VOCs的吸附由于孔容的限制使吸附容量偏低，而且在实际应用中还存在吸湿强、再生困难、表面催化作用等缺陷。高分子聚合物吸附剂由于孔结构和表面化学的易于调控以及优良的吸附－脱附性能等特点，在对环境中有机污染物吸附分离领域应用得到广泛关注。本项目以开发用于中、高浓度VOCs回收及净化的新型高分子聚合物吸附剂及工艺技术为目标，开展了具有微孔-中孔分布的高分子聚合物吸附剂的设计、制备及调控、吸附特性以及固定床吸附过程热效应的研究，取得了如下研究成果：1) 建立了超高交联吸附树脂的孔结构调控方法，以苯乙烯和氯甲基苯乙烯为单体，采用二次交联工艺合成了新型微孔-中孔超高交联吸附树脂，微孔孔容与商品化超高交联吸附树脂（NDA-150）相接近，但中孔孔容和中孔比表面积可达1.253mL/g和916.32m2/g，远大于商品化超高交联吸附的0.119mL/g和179.77m2/g；2）阐明了孔分布对VOCs吸附平衡、动力学及脱附性能的影响规律。在较低的相对压力区域，超高交联树脂的吸附容量与微孔孔容呈正相关，但在高相对压力区域，中孔的存在可提高对中高浓度VOCs的吸附能力，吸附量的增加与中孔比表面积成线性关系，而且中孔的存在可提高脱附效率；以微孔为主的超高交联吸附树脂具有较好的吸附动力学特性，适当增加中孔分布可提高表观吸附速率常数，但过多的中孔反而会降低表观吸附速率常数，因而孔径主要分布在中孔区的超高交联吸附树脂吸附动力学性能较差；3）阐明了树脂固定床吸附VOCs的热效应特性并建立吸附传质预测模型。超高交联吸附树脂吸附VOCs时有较显著的放热现象，床层内最高温升与VOCs进气浓度有较好的线性关系；基于线性驱动力的固定床传质数学模型可有效地对整个穿透曲线进行很好地预测。.本项目在执行期间共发表论文9篇，其中在Environ. Sci. Technol. 等期刊发表SCI论文7篇；获授权技术发明专利1项；针对工业生产过程排放出的VOCs废气，采用超高交联树脂吸附技术建立工程化处理装置3套，取得了较好的环境和经济